WO2018011523A1 - Improved tangible haptic-feedback object having a simplified structure, and system comprising at least one such tangible object - Google Patents

Improved tangible haptic-feedback object having a simplified structure, and system comprising at least one such tangible object Download PDF

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WO2018011523A1
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tangible object
tangible
haptic
control unit
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PCT/FR2017/051919
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Edouard LEROY
Sylvain Bouchigny
Moustapha Hafez
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/96062—Touch switches with tactile or haptic feedback

Definitions

  • TANGIBLE OBJECT WITH IMPROVED HAPTIC RETURN AND SIMPLIFIED STRUCTURE AND A SYSTEM COMPRISING AT LEAST ONE SUCH TANGIBLE OBJECT.
  • the haptic system may comprise a sensor for detecting the user's intention.
  • control unit can control the emission of a signal, for example a display of the signal on the surface, when the tangible object is in a given position on the surface.
  • FIG. 9 is a graphical representation of the variation of the maximum torque / minimum torque ratio exerted on the interaction element as a function of the amplitude of vibration.
  • tangible object an object that can land flat on a surface, the resonator being in contact with the surface, and which maintains a stable position without maintenance on the part of a user.
  • the proximal portion 4 has a face 8 intended to be in contact with the surface S.
  • the face 8 is carried by a resonator 9 comprising at least one actuator formed by an element made of a material capable of generating vibrations 10.
  • the piezoelectric element 10 has, in the example shown, the shape of a disk which is particularly adapted to the use of the tangible object as a rotary knob. Element 10 could alternatively have a ring shape which is also adapted for rotational movement.
  • the position of the tangible object 01 on the surface S corresponds to its coordinates in the two-dimensional or three-dimensional space following the surface.
  • the position sensor may be of capacitive type, very advantageously the surface S is carried by a capacitive screen and forms a capacitance with the piezoelectric element 10.
  • a system without a position sensor and only an intention sensor is not outside the scope of the present invention.
  • the generation of lubrication between the object and the surface S is determined from predefined haptic patterns according to the haptic rendering that it is desired to reproduce, these patterns are recorded in a database.
  • a pattern is defined by a resistance force or braking force to be applied according to the following data in the case of a rotary knob:
  • the tangible object 01 is disposed on the surface S, for example forming a screen its face 8 in contact with the surface S.
  • the weight P of the object and possibly the pressure of the user holding the object creates a friction force between the face 8 and the surface S.
  • the displacement of the object is slowed by the friction.
  • the actuator is energized so as to excite the resonator at a resonant frequency such that the resonator is vibrated according to a vibration mode in the plane.
  • the resonance frequency having a mode of vibration in the plane is preferably between 70 kHz and 200 kHz.
  • a single haptic pattern can be associated with the given location of the button on the surface or several haptic patterns. For example, a stop can be simulated when the maximum sound volume is reached or the lubrication effect can be reduced to slow the rotation of the button when the sound level is considered dangerous.
  • control unit controls the sound level according to the position of the button.
  • the button can then be moved on the surface to another location dedicated to another function, for example the setting of the temperature.
  • the operation of the button is similar.
  • the object 01 may be intended to be moved in rotation and / or in translation.
  • the resonance frequency is of the order of 75 kHz.
  • FIG. 4 another example of a tangible object O 2 comprising a magnet 12 placed for example in the body and the surface is made of ferromagnetic material.
  • the resonator then forces against the surface S under the effect of the attraction between the magnet and the surface S.
  • This object 02 has the advantage of being able to use a surface S which is not horizontal, it can be inclined or vertically, the object 02 remaining integral with the surface S. It can be envisaged that the surface S is movable.
  • the magnet could be detected by magnetic means to detect the presence and / or position of the object.
  • the means 14 comprises an eccentric vibrator fixed on a distal end of the body. It comprises an electric motor 16 and an eccentric flyweight 18 driven in rotation about a horizontal axis y. the flyweight 18 is for example in direct contact with the axis of the motor 16.
  • the motor 16 may be powered by the same power source as the actuator or by a different power source.
  • the control unit is such that it synchronizes the generation of a lubrication and the position of the weight.
  • the rotational displacement of the flyweight can be decomposed into two phases: a downward phase I and an ascending phase II identified in FIG.
  • the actuator is not activated.
  • the weight When the weight is in phase I, it tends to move the object to the right in the representation of Figures 6A to 6E and when the weight is in phase II, it tends to move to the left.

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Abstract

The invention relates to a tangible object (O1) intended to engage with a surface (S), said object comprising a body (2) equipped with a first user interaction end and a second end comprising at least one resonator (9) having a contact face (8) that comes into contact with the surface (S), said resonator (9) comprising a piezoelectric material that can vibrate the resonator (9) when connected to an electrical power supply, said object being controlled by a control unit that excites the piezoelectric material which can vibrate the resonator (9) according to at least one haptic pattern.

Description

OBJET TANGIBLE A RETOUR HAPTIQUE AMELIORE ET A STRUCTURE SIMPLIFIEE ET A UN SYSTEME COMPORTANT AU MOINS UN TEL OBJET TANGIBLE.  TANGIBLE OBJECT WITH IMPROVED HAPTIC RETURN AND SIMPLIFIED STRUCTURE AND A SYSTEM COMPRISING AT LEAST ONE SUCH TANGIBLE OBJECT.
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE DESCRIPTION TECHNICAL FIELD AND STATE OF THE PRIOR ART
La présente invention se rapporte à un objet tangible à retour haptique amélioré et à structure simplifiée et à un système comportant au moins un tel objet tangible. The present invention relates to a tangible object with improved haptic feedback and simplified structure and to a system comprising at least one such tangible object.
I l existe plusieurs techniques pour permettre à un utilisateur d'interagir avec une interface tactile ou un écran.  There are several techniques for allowing a user to interact with a touch interface or screen.
L'une de ces techniques met en œuvre un écran apte à vibrer et les doigts de l'utilisateur sont directement en contact avec l'écran et ressentent les vibrations qui forment un retour haptique. Un tel écran est décrit dans le document M. Biet, F. Giraud, and B. Lemaire-Semail, "Squeezefilm effectfor the design of an ultrasonic tactile plate," IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, vol. 54, no. 12, pp. 2678- 2688, Dec. 2007.  One of these techniques implements a screen capable of vibrating and the fingers of the user are directly in contact with the screen and feel the vibrations that form a haptic feedback. Such a screen is described in the document M. Biet, F. Giraud, and B. Lemaire-Semail, "Squeezefilm effectfor the design of an ultrasonic tactile plate," IEEE Trans. Ultrasound. Ferroelectr. Freq. Control, vol. 54, no. 12, pp. 2678- 2688, Dec. 2007.
Des céramiques piézoélectriques sont fixées à la plaque formant par exemple un écran, et elles sont alimentées de sorte à produire des vibrations ultrasonique qui génèrent un phénomène de « squeeze film » ce qui permet de simuler une friction variable sur la surface de la plaque qui est ressentie par le ou les doigts. Cependant des dispositifs avec des grands écrans ou grandes plaques sont complexes à réaliser. En outre, les sensations ressenties sont faibles.  Piezoelectric ceramics are attached to the plate forming for example a screen, and they are fed so as to produce ultrasonic vibrations which generate a phenomenon of "squeeze film" which makes it possible to simulate a variable friction on the surface of the plate which is felt by the fingers. However devices with large screens or large plates are complex to achieve. In addition, sensations felt are weak.
Une autre technique consiste à mettre en œuvre un objet, dit objet tangible, qui est destiné à être manipulé par l'utilisateur cet objet se déplaçant sur la surface de la plaque et transmettant le retour haptique à l'utilisateur.  Another technique is to implement an object, said tangible object, which is intended to be manipulated by the user that object moving on the surface of the plate and transmitting the haptic feedback to the user.
Le document E. W. Pedersen and K. Hornbœk, "Tangible Bots: Interaction with Active Tangibles in Tabletop Interfaces," in Proceedings of the SIGCHI Conférence on Human Factors in Computing Systems, New York, NY, USA, 2011, pp. 2975- 2984 décrit un objet tangible équipé de moteurs à courant continu actionnant des roues, les moteurs sont commandés par exemple pour actionner les roues afin d'opposer une force à l'utilisateur qui souhaite déplacer l'objet dans une direction, par exemple pour simuler une butée. EW Pedersen and K. Hornbœk, "Tangible Bots: Interaction with Active Tangibles in Tabletop Interfaces," in Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems, New York, NY, USA, 2011, p. 2975-2984 describes a tangible object equipped with DC motors operating wheels, the motors are controlled for example to actuate the wheels in order to oppose a force the user who wishes to move the object in one direction, for example to simulate a stop.
Le document D. Nowacka, K. Ladha, N. Y. Hammerla, D. Jackson, C. Lad ha, E. Rukzio, and P. Olivier, "Touchbugs: Actuated Tangibles on Multi-touch Tables," in Proceedings of the SIGCHI Conférence on Human Factors in Computing Systems, New York, NY, USA, 2013, pp. 759-762 décrit un objet tangible comportant des cils reposant sur la surface et des moteurs produisant des vibrations qui génèrent un retour haptique.  D. Nowacka, K. Ladha, NY Hammerla, D. Jackson, C. Lad, E. Rukzio, and P. Olivier, "Touchbugs: Actuated Tangibles on Multi-touch Tables," in Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems, New York, NY, USA, 2013, pp. 759-762 discloses a tangible object having lashes resting on the surface and engines producing vibrations that generate a haptic feedback.
Le document G. Pangaro, D. Maynes-Aminzade, and H. Ishii, "The Actuated Workbench: Computer-controlled Actuation in Tabletop Tangible Interfaces," in Proceedings of the 15th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology, New York, NY, USA, 2002, pp. 181-190 décrit une table équipée d'un réseau d'électroaimants et un objet tangible comportant des aimants permanents, l'activation des électroaimants permet de déplacer l'objet tangible.  G. Pangaro, D. Maynes-Aminzade, and H. Ishii, "The Actuated Workbench: Computer-controlled Actuation in Tabletop Tangible Interfaces," in Proceedings of the 15th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology, New York, NY, USA, 2002, pp. 181-190 describes a table equipped with a network of electromagnets and a tangible object having permanent magnets, the activation of the electromagnets makes it possible to move the tangible object.
Ces systèmes mettant en œuvre des objets tangibles actifs sont complexes à réaliser, requièrent pour ceux mettant en œuvre des moteurs un grand nombre de pièces mécaniques, ce qui limite leur miniaturisation et entraine un coût de revient important. Dans le cas du système comportant des électroaimants, le déplacement de l'objet tangible dépend de la densité d'électroaimants, le déplacement n'est pas très réaliste.  These systems implementing active tangible objects are complex to achieve, require for those implementing engines a large number of mechanical parts, which limits their miniaturization and causes a significant cost. In the case of the system comprising electromagnets, the displacement of the tangible object depends on the density of electromagnets, the displacement is not very realistic.
EXPOSÉ DE L'INVENTION STATEMENT OF THE INVENTION
C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un objet tangible offrant un retour haptique réaliste, de réalisation simple et d'encombrement réduit. It is therefore an object of the present invention to provide a tangible object offering realistic haptic feedback, simple realization and reduced size.
Le but énoncé ci-dessus est atteint par un objet tangible comportant une première extrémité destinée à être en contact avec une surface et à être déplacée par rapport cette surface et une deuxième extrémité destinée à être manipulée par un utilisateur, l'extrémité destinée à être en contact avec la surface comporte un matériau apte à générer des vibrations et des moyens de mise en vibration de celui-ci de sorte à générer une lubrification entre la surface et la face de l'objet. Le matériau apte à générer des vibrations est de préférence un matériau piézoélectrique. En variante il pourrait s'agir d'un matériau magnétostrictif. The purpose stated above is achieved by a tangible object having a first end intended to be in contact with a surface and to be moved relative to this surface and a second end to be manipulated by a user, the end intended to be in contact with the surface comprises a material capable of generating vibrations and means for vibrating thereof so as to generate lubrication between the surface and the face of the object. The material capable of generating vibrations is preferably a piezoelectric material. Alternatively it could be a magnetostrictive material.
En contrôlant le mode de vibration du matériau apte à générer des vibrations et/ou l'amplitude des vibrations produites dans le matériau piézoélectrique apte à générer des vibrations, le niveau de lubrification est contrôlé. Le déplacement de l'objet tangible par rapport à la surface peut être facilité ou freiné en fonction de la position de l'objet tangible par rapport à la surface. Il est par exemple possible de simuler des crans, une texture, une butée et/ou des guides.  By controlling the vibration mode of the material capable of generating vibrations and / or the amplitude of the vibrations produced in the piezoelectric material capable of generating vibrations, the level of lubrication is controlled. Moving the tangible object relative to the surface can be facilitated or braked depending on the position of the tangible object relative to the surface. For example, it is possible to simulate notches, a texture, an abutment and / or guides.
La génération du retour haptique est obtenue en activant électriquement un matériau piézoélectrique apte à générer des vibrations, l'objet tangible peut être de réalisation simple et ne met pas en œuvre plusieurs éléments mécaniques en mouvement les uns par rapport aux autres. Il présente en outre une certaine robustesse. En outre, la pièce en matériau apte à générer des vibrations peut être une pastille très fine, l'encombrement de l'objet tangible est alors sensiblement réduit.  The generation of the haptic feedback is obtained by electrically activating a piezoelectric material capable of generating vibrations, the tangible object can be of simple construction and does not implement several mechanical elements moving relative to each other. It also has a certain robustness. In addition, the piece of material capable of generating vibrations may be a very fine pellet, the bulk of the tangible object is then substantially reduced.
De manière préférée, l'activation du matériau apte à générer des vibrations est telle qu'elle génère une vibration ultrasonique.  In a preferred manner, the activation of the material capable of generating vibrations is such as to generate an ultrasonic vibration.
De manière très avantageuse, le matériau apte à générer des vibrations peut être excité dans un mode de vibration dans le plan.  Very advantageously, the material capable of generating vibrations can be excited in a mode of vibration in the plane.
Dans un mode de réalisation, l'objet tangible peut comporter des moyens de déplacement aptes à déplacer l'objet tangible par rapport à la surface. Dans un autre mode de réalisation, les moyens de déplacement sont distincts de l'objet tangible tels que de l'air sous pression, des moyens magnétiques et /ou une modification de l'orientation de la surface.  In one embodiment, the tangible object may comprise displacement means able to move the tangible object relative to the surface. In another embodiment, the displacement means are distinct from the tangible object such as pressurized air, magnetic means and / or a modification of the orientation of the surface.
En gérant l'excitation du matériau apte à générer des vibrations et l'activation des moyens de déplacement, il est possible de déplacer l'objet de manière contrôlée.  By managing the excitation of the material capable of generating vibrations and the activation of the moving means, it is possible to move the object in a controlled manner.
L'objet tangible est destiné à être utilisé dans un système comportant une surface, par exemple un écran, et au moins un capteur de position de l'objet tangible par rapport à la surface. La présente invention a alors pour objet un objet tangible destiné à coopérer avec un surface, comportant un corps muni d'une première extrémité d'interaction avec l'utilisateur et une deuxième extrémité comportant au moins un résonateur destiné à venir en contact avec ladite surface, ledit résonateur comportant un matériau apte à mettre en vibration le résonateur lorsqu'il est excité, ledit objet étant commandé par une unité de contrôle telle qu'elle alimente le matériau apte à mettre en vibration le résonateur selon au moins un motif haptique. The tangible object is intended to be used in a system comprising a surface, for example a screen, and at least one position sensor of the tangible object with respect to the surface. The present invention therefore relates to a tangible object intended to cooperate with a surface, comprising a body provided with a first end of interaction with the user and a second end comprising at least one resonator intended to come into contact with said surface. said resonator comprising a material able to vibrate the resonator when it is excited, said object being controlled by a control unit such that it supplies the material able to vibrate the resonator according to at least one haptic pattern.
De préférence, le matériau apte à mettre en vibration le résonateur est un matériau piézoélectrique.  Preferably, the material capable of vibrating the resonator is a piezoelectric material.
Dans un exemple de réalisation, le résonateur comporte un élément solidaire du matériau apte à mettre en vibration le résonateur, ledit élément étant destiné à venir en contact avec ladite surface.  In an exemplary embodiment, the resonator comprises an element integral with the material able to vibrate the resonator, said element being intended to come into contact with said surface.
Dans un mode de réalisation, le résonateur est destiné à venir en contact avec la surface par un contact plan.  In one embodiment, the resonator is intended to come into contact with the surface by plane contact.
L'objet tangible peut comporter des moyens de déplacement de l'objet par rapport à la surface. Les moyens de déplacement peuvent comporter un moteur électrique et une masselotte excentrée mobile en rotation sous l'action du moteur électrique et dans lequel l'unité de contrôle synchronise la rotation de la masselotte et la mise en vibration du résonateur.  The tangible object may include means for moving the object relative to the surface. The displacement means may comprise an electric motor and an eccentric flyweight rotatable under the action of the electric motor and wherein the control unit synchronizes the rotation of the flyweight and the vibration of the resonator.
Dans un exemple de réalisation, l'objet tangible comporte un aimant destiné à coopérer avec une partie ferromagnétique de la surface.  In an exemplary embodiment, the tangible object comprises a magnet intended to cooperate with a ferromagnetic part of the surface.
L'objet tangible peut comporter plusieurs résonateurs et l'unité de contrôle peut être apte à mettre en vibration chaque résonateur indépendamment les uns des autres.  The tangible object may comprise several resonators and the control unit may be able to vibrate each resonator independently of each other.
L'objet tangible comporte avantageusement une alimentation électrique embarquée.  The tangible object advantageously comprises an onboard power supply.
De manière très avantageuse, le matériau apte à mettre en vibration le résonateur est excité de sorte que le résonateur vibre à au moins une fréquence de résonance telle que la fréquence de résonance génère dans le résonateur un mode de vibration dans le plan. De préférence, l'unité de contrôle peut alimenter le matériau apte à mettre en vibration le résonateur à au moins une fréquence de résonance du résonateur dans le domaine ultrasonique. Very advantageously, the material able to vibrate the resonator is excited so that the resonator vibrates at at least one resonance frequency such that the resonant frequency generates in the resonator a mode of vibration in the plane. Preferably, the control unit can feed the material able to vibrate the resonator at at least one resonance frequency of the resonator in the ultrasonic field.
La présente invention a également pour objet un système haptique comportant au moins une surface, au moins un objet tangible selon l'invention, des moyens de détection de la position de l'objet tangible sur la surface et une unité de contrôle dudit objet.  The present invention also relates to a haptic system comprising at least one surface, at least one tangible object according to the invention, means for detecting the position of the tangible object on the surface and a control unit of said object.
Le système peut également comporter des moyens de détection de la présence de l'objet à un emplacement donné sur la surface.  The system may also include means for detecting the presence of the object at a given location on the surface.
Dans un exemple de réalisation, les moyens de détection de la position de l'objet tangible sont des moyens capacitifs, le matériau apte à mettre en vibration le résonateur formant avec au moins une partie de la surface un condensateur. Avantageusement, l'objet tangible comporte plusieurs résonateurs, l'élément apte à mettre en vibration le résonateur formant avec au moins une partie de la surface un condensateur.  In an exemplary embodiment, the means for detecting the position of the tangible object are capacitive means, the material capable of vibrating the resonator forming with at least a portion of the surface a capacitor. Advantageously, the tangible object comprises several resonators, the element adapted to vibrate the resonator forming with at least a portion of the surface a capacitor.
L'unité de contrôle peut utiliser les variations de capacités pour déterminer l'orientation de l'objet.  The control unit can use the variations of capabilities to determine the orientation of the object.
Selon une caractéristique additionnelle avantageuse, le système haptique peut comporter un capteur de détection de l'intention de l'utilisateur.  According to an advantageous additional feature, the haptic system may comprise a sensor for detecting the user's intention.
Le système peut comporter des moyens d'alimentation électrique de l'objet tangible, par voie filaire ou à par induction.  The system may comprise means for supplying the tangible object with electricity, by wire or by induction.
Dans le cas où l'objet tangible comporte au moins un aimant, la surface peut être au moins en partie ferromagnétique.  In the case where the tangible object comprises at least one magnet, the surface may be at least partially ferromagnetic.
Selon une caractéristique additionnelle, l'unité de contrôle peut commander l'émission d'un signal, par exemple un affichage du signal sur la surface, lorsque l'objet tangible est dans une position donnée sur la surface.  According to an additional characteristic, the control unit can control the emission of a signal, for example a display of the signal on the surface, when the tangible object is in a given position on the surface.
La surface peut avantageusement être un écran d'affichage. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS The surface may advantageously be a display screen. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels: The present invention will be better understood on the basis of the description which follows and the attached drawings in which:
- la figure 1 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un objet tangible selon l'invention,  FIG. 1 is a perspective view of an exemplary embodiment of a tangible object according to the invention,
- la figure 2 est une représentation schématique de l'objet tangible de la figure 1 vu de côté et vu de dessous,  FIG. 2 is a schematic representation of the tangible object of FIG. 1 seen from the side and from below,
- la figure 3 est une représentation schématique d'un système formant interface mettant en œuvre un objet tangible selon l'invention,  FIG. 3 is a schematic representation of an interface system implementing a tangible object according to the invention,
- la figure 4 est une représentation schématique de l'objet tangible selon un autre exemple de réalisation vu de côté et vu de dessous,  FIG. 4 is a schematic representation of the tangible object according to another example of embodiment viewed from the side and viewed from below,
- la figure 5 est une représentation schématique de l'objet tangible selon un autre exemple de réalisation vu de côté et vu de dessous,  FIG. 5 is a schematic representation of the tangible object according to another embodiment seen from the side and seen from below,
- les figures 6A à 6E sont des représentations schématiques d'un autre exemple de réalisation d'un objet tangible selon l'invention comportant des moyens de déplacement, dans différents états de fonctionnement,  FIGS. 6A to 6E are schematic representations of another exemplary embodiment of a tangible object according to the invention comprising displacement means, in different operating states,
- la figure 7 est une représentation schématique d'une vue en coupe d'autre exemple de réalisation d'un objet tangible,  FIG. 7 is a schematic representation of a sectional view of another embodiment of a tangible object,
- la figure 8 est une représentation graphique de la variation du coefficient de frottement entre les surfaces en contact en fonction de l'amplitude de vibration,  FIG. 8 is a graphical representation of the variation of the coefficient of friction between the contacting surfaces as a function of the amplitude of vibration,
- la figure 9 est une représentation graphique de la variation du rapport couple maximal/couple minimal exercé sur l'élément d'interaction en fonction de l'amplitude de vibration.  FIG. 9 is a graphical representation of the variation of the maximum torque / minimum torque ratio exerted on the interaction element as a function of the amplitude of vibration.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS DETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Sur les figures 1 et 2, on peut voir un exemple de réalisation d'un objet tangible 01 selon l'invention. L'objet tangible 01 est destiné à se déplacer ou à être déplacé par rapport à une surface S qui est représentée sur la figure 3. La surface S est par exemple celle d'une interface tactile, telle qu'un écran. L'objet tangible 01 est particulièrement adapté pour former un bouton déplacé en rotation autour d'un axe X perpendiculaire à la surface S mais ceci n'est en aucun cas limitatif, l'objet tangible peut être déplacé en translation et/ou en rotation. In Figures 1 and 2, we can see an embodiment of a tangible object 01 according to the invention. The tangible object 01 is intended to move or be moved relative to a surface S which is shown in Figure 3. The surface S is for example that of a touch interface, such as a screen. The tangible object 01 is particularly adapted to form a button moved in rotation about an axis X perpendicular to the surface S but this is in no way limiting, the tangible object can be moved in translation and / or rotation .
Dans la présente demande, on entend par « objet tangible », un objet qui peut se poser à plat sur une surface, le résonateur étant en contact avec la surface, et qui conserve une position stable sans maintien de la part d'un utilisateur.  In the present application, the term "tangible object", an object that can land flat on a surface, the resonator being in contact with the surface, and which maintains a stable position without maintenance on the part of a user.
L'objet tangible 01 comporte un corps 2, une partie proximale 4 et une partie distale 6. Le corps 2 a, dans cet exemple, une forme cylindrique de section circulaire. Cette forme est adaptée à la manipulation en rotation mais n'est pas limitative.  The tangible object 01 comprises a body 2, a proximal portion 4 and a distal portion 6. The body 2 has, in this example, a cylindrical shape of circular section. This form is adapted to the manipulation in rotation but is not limiting.
Les termes « proximale » et « distale» sont à considérer par rapport à la surface S. La partie proximale 4 est destinée à être disposée du côté de la surface S et la partie distale 6 est destinée à être disposée en éloignement de la surface S par rapport à la partie proximale. La partie distale est destinée à être saisie par un utilisateur, par exemple avec ses doigts, elle est par exemple formée par une portion du corps.  The terms "proximal" and "distal" are to be considered with respect to the surface S. The proximal portion 4 is intended to be disposed on the side of the surface S and the distal portion 6 is intended to be disposed away from the surface S relative to the proximal part. The distal portion is intended to be grasped by a user, for example with his fingers, it is for example formed by a portion of the body.
La partie proximale 4 comporte une face 8 destinée à être en contact avec la surface S. La face 8 est portée par un résonateur 9 comprenant au moins un actionneur formé par un élément en un matériau apte à générer des vibrations 10.  The proximal portion 4 has a face 8 intended to be in contact with the surface S. The face 8 is carried by a resonator 9 comprising at least one actuator formed by an element made of a material capable of generating vibrations 10.
Le matériau apte à générer des vibrations est de préférence un matériau piézoélectrique. En variante il pourrait s'agir d'un matériau magnétostrictif, par exemple le galfenol.  The material capable of generating vibrations is preferably a piezoelectric material. Alternatively it could be a magnetostrictive material, for example galfenol.
A des fins de simplicité, le matériau apte à générer des vibrations sera désigné dans la suite de la description par « matériau piézoélectrique ».  For the sake of simplicity, the material capable of generating vibrations will be referred to in the rest of the description as "piezoelectric material".
Dans l'exemple représenté le résonateur 9 comporte également un élément mécanique 11 destiné à être en contact avec la surface S et portant la face 8. En outre il présente une résistance à l'usure élevée par rapport au matériau de la surface S.  In the example shown, the resonator 9 also comprises a mechanical element 11 intended to be in contact with the surface S and bearing the face 8. In addition, it has a high resistance to wear with respect to the material of the surface S.
Le coefficient de frottement entre la face 8 et la surface S est suffisant pour obtenir un bon ressenti haptique. De préférence, le coefficient de frottement est supérieur ou égal à 0,25. Dans l'exemple représenté, c'est le matériau de l'élément mécanique 11 qui présente un coefficient de frottement par rapport à la surface S suffisant pour obtenir un bon ressenti haptique. En outre il présente une résistance à l'usure élevée par rapport au matériau de la surface S. De préférence, le matériau de l'élément mécanique 11 présente de bonnes propriétés acoustiques afin d'avoir un objet de fonctionnement silencieux et de faibles pertes d'énergie lors de la vibration. The coefficient of friction between the face 8 and the surface S is sufficient to obtain a good feeling haptic. Preferably, the coefficient of friction is greater than or equal to 0.25. In the example shown, it is the material of the mechanical element 11 which has a coefficient of friction with respect to the surface S sufficient to obtain a good haptic feel. In addition, it has resistance to the wear is high compared to the material of the surface S. Preferably, the material of the mechanical element 11 has good acoustic properties in order to have a silent operation object and low energy losses during vibration.
L'actionneur 10 est de manière très avantageuse en forme de pastille fine. La pastille piézoélectrique est par exemple en Titano-Zirconate de Plomb (PZT) ou Polyfluorure de vinylidène (PVDF) et par exemple d'épaisseur comprise entre 0,1 et 1 mm.  The actuator 10 is very advantageously in the form of a fine pellet. The piezoelectric pellet is for example made of lead Titano-Zirconate (PZT) or polyvinylidene fluoride (PVDF) and for example of thickness between 0.1 and 1 mm.
L'élément mécanique 11 est avantageusement mis en œuvre lorsque le matériau piézoélectrique de l'actionneur 10 ne présente pas une tenue à l'usure suffisante. Il est par exemple avantageusement réalisé en laiton, en aluminium ou en matériau polymère, par exemple de type époxy.  The mechanical element 11 is advantageously used when the piezoelectric material of the actuator 10 does not exhibit sufficient wear resistance. It is for example advantageously made of brass, aluminum or a polymer material, for example of the epoxy type.
En variante, on peut envisager de recouvrir au moins la face proximale de la pastille avec une couche d'un matériau polymère, par exemple de type époxy, cette couche étant destinée à entrer en contact avec la surface S.  Alternatively, it is conceivable to cover at least the proximal face of the pellet with a layer of a polymeric material, for example of the epoxy type, this layer being intended to come into contact with the surface S.
Selon une autre variante, la pastille pourrait être réalisée en un matériau piézoélectrique résistant à l'usure et présentant un coefficient de frottement suffisant par rapport matériau de la surface S. La pastille serait alors directement en contact avec la surface S. La pastille pourrait être réalisée par exemple en un matériau polymère ayant des propriétés piézoélectriques.  According to another variant, the pellet could be made of a piezoelectric material resistant to wear and having a sufficient coefficient of friction with respect to material of the surface S. The pellet would then be in direct contact with the surface S. The pellet could be made for example of a polymeric material having piezoelectric properties.
L'élément piézoélectrique 10 a, dans l'exemple représenté, la forme d'un disque qui est particulièrement adaptée à l'utilisation de l'objet tangible en tant que bouton rotatif. L'élément 10 pourrait en variante avoir une forme d'anneau qui est également adaptée à un déplacement en rotation.  The piezoelectric element 10 has, in the example shown, the shape of a disk which is particularly adapted to the use of the tangible object as a rotary knob. Element 10 could alternatively have a ring shape which is also adapted for rotational movement.
L'élément piézoélectrique 10 peut avoir d'autres formes, telles qu'une forme prismatique comme par exemple un cube ou un pavé sans sortir du cadre de la présenté invention, de telles formes peuvent être par exemple mises en œuvre, mais non exclusivement, dans le cas d'une utilisation comme objet tangible destiné à être déplacé en translation. En outre, la forme du corps peut être quelconque.  The piezoelectric element 10 may have other shapes, such as a prismatic shape such as a cube or a block without departing from the scope of the present invention, such forms may be for example implemented, but not exclusively, in the case of use as a tangible object to be moved in translation. In addition, the shape of the body can be any.
L'élément mécanique 11 a une forme adaptée à la forme de l'actionneur. Le résonateur est relié au corps par un élément de connexion 14. The mechanical element 11 has a shape adapted to the shape of the actuator. The resonator is connected to the body by a connection element 14.
De préférence, et en particulier dans le cas où le résonateur est excité dans un mode dans le plan, l'élément de connexion est tel qu'il amortit peu, voire n'amortit pas les vibrations du résonateur. Par exemple l'élément de connexion présente une section transversale faible par rapport à la surface du résonateur et est fixé sensiblement au centre de celui-ci. L'élément de connexion est par exemple en matériau plastique et est par exemple collé au résonateur.  Preferably, and particularly in the case where the resonator is excited in a mode in the plane, the connection element is such that it damps little, or even does not dampen the vibrations of the resonator. For example, the connection element has a small cross section relative to the surface of the resonator and is fixed substantially in the center thereof. The connection element is for example made of plastic material and is for example glued to the resonator.
Le corps est par exemple en aluminium.  The body is for example aluminum.
De préférence, le corps présente une certaine masse, permettant à l'objet d'offrir un ressenti haptique amplifié à l'utilisateur.  Preferably, the body has a certain mass, allowing the object to offer a haptic feeling amplified to the user.
En variante, le corps 2 pourrait être conformé de sorte que le résonateur soit directement fixé sur le corps. En outre, la forme du corps peut être quelconque.  Alternatively, the body 2 could be shaped so that the resonator is directly attached to the body. In addition, the shape of the body can be any.
Sur la figure 3, on peut voir une représentation schématique d'un système haptique comportant la surface S, au moins un objet tangible 01, une unité de contrôle U de l'objet tangible et des moyens d'alimentation électrique A de l'actionneur.  FIG. 3 shows a schematic representation of a haptic system comprising the surface S, at least one tangible object 01, a control unit U of the tangible object, and electrical supply means A of the actuator. .
L'unité de contrôle commande l'alimentation électrique de l'actionneur en fonction de la position de l'objet tangible et/ou de son emplacement sur la surface et du ou des motifs haptiques préenregistrés. L'unité de commande peut être intégrée à l'objet ou déportée dans un boîtier indépendant. Dans ce dernier cas, un système de communication sans-fil ou filaire est mis en œuvre. L'unité de commande permet d'activer le dispositif intelligemment en fonction d'entrées de capteurs tels que capteur de position ou de force par exemple, afin de fournir un rendu haptique utile et réaliste.  The control unit controls the power supply of the actuator according to the position of the tangible object and / or its location on the surface and the prerecorded haptic pattern (s). The control unit can be integrated into the object or remote in an independent box. In the latter case, a wireless or wired communication system is implemented. The control unit makes it possible to activate the device intelligently according to sensor inputs such as position or force sensor for example, in order to provide a useful and realistic haptic rendering.
Les moyens d'alimentation peuvent être filaires, la source électrique étant éloignée et connectée à l'objet, en particulier l'actionneur par des fils conducteurs électriques.  The supply means may be wired, the electrical source being remote and connected to the object, in particular the actuator by electrical conductors son.
Selon une variante avantageuse, l'alimentation électrique est embarquée et est par exemple formée par une batterie. La batterie est par exemple disposée à l'intérieur d'une cavité réalisée dans le corps. Selon une autre variante, on peut envisager une alimentation à distance par induction, une ou des bobines électromagnétiques étant disposées sous la surface S et une ou des bobines électromagnétiques étant disposées dans le corps. According to an advantageous variant, the power supply is on board and is for example formed by a battery. The battery is for example disposed inside a cavity made in the body. According to another variant, it is possible to envisage a remote induction supply, one or electromagnetic coils being disposed below the surface S and one or more electromagnetic coils being disposed in the body.
Le système peut comporter également des moyens pour détecter la position 20 de l'objet tangible, ou capteur de position, par exemple pour détecter la position angulaire dans le cas d'une rotation. Le système peut comporter en outre des moyens pour détecter la présence de l'objet tangible en un endroit donné de la surface ou capteur de présence. Les moyens de détection 20 et les moyens de détection de la position peuvent être confondus ou distincts.  The system may also comprise means for detecting the position of the tangible object, or position sensor, for example to detect the angular position in the case of a rotation. The system may further include means for detecting the presence of the tangible object at a given location of the surface or presence sensor. The detection means 20 and the position detection means may be merged or distinct.
Par exemple, il peut être envisagé que le capteur de présence soit de type RFID, l'objet portant une étiquette et RFID et la surface comportant un lecteur RFID. Le capteur de position peut être, quant à lui, réalisé par un capteur optique de type de celui utilisé dans les souris informatiques mettant en œuvre une diode électroluminescente.  For example, it may be envisaged that the presence sensor is of RFID type, the object bearing a label and RFID and the surface having an RFID reader. The position sensor can be, meanwhile, made by an optical sensor of the type used in computer mice implementing a light emitting diode.
La position de l'objet tangible 01 sur la surface S correspond à ses coordonnées dans l'espace bidimensionnel ou tridimensionnel suivant la surface.  The position of the tangible object 01 on the surface S corresponds to its coordinates in the two-dimensional or three-dimensional space following the surface.
Le capteur de position peut être du type optique, il peut par exemple comporter une caméra infrarouge intégrée sous la surface S et qui suit le déplacement de l'objet 01. Selon un autre exemple le capteur de position peut être porté par l'objet et mettre en œuvre un faisceau laser.  The position sensor may be of the optical type, it may for example comprise an infrared camera integrated under the surface S and which follows the displacement of the object 01. In another example, the position sensor may be carried by the object and implement a laser beam.
Le capteur de position peut être de type capacitif, de manière très avantageuse la surface S est portée par un écran capacitif et forme une capacité avec l'élément piézoélectrique 10.  The position sensor may be of capacitive type, very advantageously the surface S is carried by a capacitive screen and forms a capacitance with the piezoelectric element 10.
Le système peut comporter en plus un capteur d'intention de l'utilisateur qui peut par exemple comprendre un capteur de force.  The system may further include a user intent sensor which may for example include a force sensor.
Un système ne comportant pas de capteur de position et uniquement un capteur d'intention ne sort pas du cadre de la présente invention.  A system without a position sensor and only an intention sensor is not outside the scope of the present invention.
La génération de la lubrification entre l'objet et la surface S est déterminée à partir de motifs haptiques prédéfinis en fonction du rendu haptique que l'on souhaite reproduire, ces motifs sont enregistrés dans une base de données. Un motif est défini par un effort résistant ou effort de freinage à appliquer en fonction des données suivantes dans le cas d'un bouton rotatif: The generation of lubrication between the object and the surface S is determined from predefined haptic patterns according to the haptic rendering that it is desired to reproduce, these patterns are recorded in a database. A pattern is defined by a resistance force or braking force to be applied according to the following data in the case of a rotary knob:
- la position angulaire courante du bouton,  the current angular position of the button,
- le sens de rotation courant du bouton,  - the current direction of rotation of the button,
- la vitesse de déplacement.  - the speed of movement.
Un motif haptique est donc un ensemble de valeurs d'effort de freinage à appliquer au bouton, i.e. un ensemble de valeurs définissant le motif, chaque valeur du motif haptique est associée à une position angulaire donnée du bouton et à un sens de rotation du bouton. Chaque valeur d'effort de freinage correspond à une valeur de coefficient de frottement entre la surface S et la face de contact 8 qui correspond à une valeur de l'amplitude de vibration du résonateur qui correspond à une intensité de courant alimentant l'actionneur.  A haptic pattern is therefore a set of braking force values to be applied to the button, ie a set of values defining the pattern, each value of the haptic pattern is associated with a given angular position of the button and a direction of rotation of the button. . Each value of braking force corresponds to a value of coefficient of friction between the surface S and the contact face 8 which corresponds to a value of the vibration amplitude of the resonator which corresponds to a current intensity supplying the actuator.
Il sera compris que la même valeur du motif peut être affectée pour des positions angulaires différentes ou plusieurs positions linéaires différentes. En outre, des valeurs différentes peuvent être affectées suivant le sens de déplacement.  It will be understood that the same value of the pattern can be assigned for different angular positions or several different linear positions. In addition, different values can be assigned depending on the direction of travel.
Dans le dispositif selon l'invention, l'effort de freinage maximal est obtenu lorsqu'aucune excitation n'est appliquée à l'actionneur.  In the device according to the invention, the maximum braking force is obtained when no excitation is applied to the actuator.
En variante, on peut envisager de ne pas utiliser de capteur de position et de moduler l'amplitude de vibration en fonction du temps.  As a variant, it is conceivable not to use a position sensor and to modulate the amplitude of vibration as a function of time.
Le fonctionnement de l'objet tangible 01 va maintenant être décrit. The operation of the tangible object 01 will now be described.
L'objet tangible 01 est disposé sur la surface S, par exemple formant écran sa face 8 en contact avec la surface S. Le poids P de l'objet et éventuellement la pression de l'utilisateur tenant l'objet crée une force de frottement entre la face 8 et la surface S. Le déplacement de l'objet est freiné par les frottements. The tangible object 01 is disposed on the surface S, for example forming a screen its face 8 in contact with the surface S. The weight P of the object and possibly the pressure of the user holding the object creates a friction force between the face 8 and the surface S. The displacement of the object is slowed by the friction.
L'objet est par exemple destiné à former un bouton rotatif de contrôle de l'intensité d'une grandeur, par exemple un volume sonore. L'objet 01 est alors disposé sur une zone de la surface S dédiée à ce contrôle.  The object is for example intended to form a rotary knob for controlling the intensity of a quantity, for example a sound volume. The object 01 is then disposed on an area of the surface S dedicated to this control.
Le capteur de présence détecte la présence de l'objet 01 à l'emplacement dédié au contrôle du volume sonore. L'unité de contrôle sait alors que la manipulation du bouton doit commander le volume sonore. Avantageusement, un message ou une icône peut s'afficher sur l'écran pour informer l'utilisateur de la commande sélectionnée. The presence sensor detects the presence of object 01 in the location dedicated to the sound volume control. The control unit then knows that the manipulation of the button must control the sound volume. Advantageously, a message or icon may appear on the screen to inform the user of the selected command.
La position angulaire de l'objet sur la surface S est déterminée, et l'unité de contrôle commande l'alimentation électrique de l'actionneur. Le résonateur est alors mis en vibration. En excitant le résonateur à une de ses fréquences de résonances, un effet de lubrification apparaît entre la face 8 et la surface S.  The angular position of the object on the surface S is determined, and the control unit controls the power supply of the actuator. The resonator is then vibrated. By exciting the resonator at one of its resonance frequencies, a lubrication effect appears between the face 8 and the surface S.
Le fréquence du résonateur est au moins de 10 kHz et de préférence est une fréquence ultrasonique, supérieure à environ 20 KHz.  The frequency of the resonator is at least 10 kHz and preferably is an ultrasonic frequency, greater than about 20 KHz.
De manière préférée, l'actionneur est alimenté de sorte à exciter le résonateur à une fréquence de résonance telle que le résonateur est mis en vibration selon un mode de vibration dans le plan. La fréquence de résonance ayant un mode de vibration dans le plan est de préférence comprise entre 70 kHz et 200 kHz.  Preferably, the actuator is energized so as to excite the resonator at a resonant frequency such that the resonator is vibrated according to a vibration mode in the plane. The resonance frequency having a mode of vibration in the plane is preferably between 70 kHz and 200 kHz.
On entend par « mode de vibration dans le plan », un mode de vibration dans lequel les déplacements générés par excitation du matériau piézoélectrique ont des directions parallèles au plan de l'actionneur.  The term "mode of vibration in the plane" means a vibration mode in which the displacements generated by excitation of the piezoelectric material have directions parallel to the plane of the actuator.
Dans un tel mode de vibration, les forces sont générées dans le plan entre la partie fixe et la partie mobile et l'amplitude des déplacements s'additionnent à l'extrémité radiale du résonateur provoquent un déplacement tangentiel, il en résulte un glissement tangentiel radial perpendiculaire à la direction de rotation et un effet de lubrification ultrasonique entre la partie fixe et la partie mobile. Le coefficient de frottement entre la face 8 et la surface S est fortement diminué L'utilisateur peut tourner le bouton presque sans frottement. En attribuant à chaque position de l'objet un motif haptique, il est possible de simuler une butée, une texture, des crans.  In such a mode of vibration, the forces are generated in the plane between the fixed part and the moving part and the amplitude of the displacements add to the radial end of the resonator cause a tangential displacement, it results in radial tangential sliding. perpendicular to the direction of rotation and an ultrasonic lubrication effect between the fixed part and the moving part. The coefficient of friction between the face 8 and the surface S is greatly reduced The user can turn the knob almost without friction. By giving each position of the object a haptic pattern, it is possible to simulate a stop, a texture, notches.
Un seul motif haptique peut être associé à l'emplacement donné du bouton sur la surface ou plusieurs motifs haptiques. Par exemple, une butée peut être simulée lorsque le volume sonore maximal est atteint ou alors l'effet de lubrification peut être réduit afin de freiner la rotation du bouton lorsque le niveau sonore est considéré comme dangereux.  A single haptic pattern can be associated with the given location of the button on the surface or several haptic patterns. For example, a stop can be simulated when the maximum sound volume is reached or the lubrication effect can be reduced to slow the rotation of the button when the sound level is considered dangerous.
Simultanément l'unité de contrôle commande le niveau sonore en fonction de la position du bouton. Le bouton peut ensuite être déplacé sur la surface vers un autre emplacement dédié à une autre fonction, par exemple le réglage de la température. Le fonctionnement du bouton est similaire. Simultaneously the control unit controls the sound level according to the position of the button. The button can then be moved on the surface to another location dedicated to another function, for example the setting of the temperature. The operation of the button is similar.
Alternativement, l'objet peut être destiné à n'être déplacé qu'en translation sur la surface, pour par exemple former un curseur. D'une part, les déplacements en rotation de l'objet sont empêchés et le déplacement en translation de l'objet est guidé. Par exemple une lubrification est générée pour faciliter le déplacement de l'objet lorsqu'il se déplace dans une direction donnée et le niveau de lubrification peut être réduit lorsque l'objet tend à se déplacer selon d'autres directions. On peut alors réaliser des guides virtuels du déplacement de l'objet tangible.  Alternatively, the object may be intended to be moved in translation on the surface, for example to form a cursor. On the one hand, the rotational movements of the object are prevented and the displacement in translation of the object is guided. For example, lubrication is generated to facilitate movement of the object as it moves in a given direction, and the level of lubrication may be reduced as the object tends to move in other directions. One can then realize virtual guides of the displacement of the tangible object.
L'objet 01 peut être destiné à être déplacé en rotation et/ou en translation.  The object 01 may be intended to be moved in rotation and / or in translation.
Sur la figure 8, on peut voir représentée l'évolution du coefficient de frottement en fonction de l'amplitude tangentielle de vibration en μιη pour un bouton de diamètre de 35 mm en estimant la vitesse maximale angulaire atteinte à ltr/s (V0max=0,lm/s). La fréquence de résonance est de l'ordre de 75 kHz.  FIG. 8 shows the evolution of the coefficient of friction as a function of the tangential vibration amplitude in μιη for a 35 mm diameter button by estimating the maximum angular velocity reached at ltr / s (V0max = 0 , m / s). The resonance frequency is of the order of 75 kHz.
En général, avec les actionneurs mis en œuvre on peut atteindre une amplitude tangentielle de l'ordre de 3 μιη. Pour une telle amplitude, le coefficient de frottement est fortement abaissé.  In general, with the actuators implemented one can reach a tangential amplitude of the order of 3 μιη. For such an amplitude, the coefficient of friction is strongly lowered.
Sur la figure 9, on peut voir l'évolution du rapport entre le couple maximal et le couple minimal Cmax/Cmin appliqués sur bouton en fonction de l'amplitude tangentielle de la vibration. Pour une amplitude de l'ordre de 3 μιη, on obtient un rapport de couple de 5. Le couple qui peut donc être exercé sur le bouton est d'autant plus grand que le coefficient de frottement diminue, et donc que l'amplitude de vibration augmente.  In FIG. 9, it is possible to see the evolution of the ratio between the maximum torque and the minimum torque Cmax / Cmin applied to the button as a function of the tangential amplitude of the vibration. For an amplitude of the order of 3 μιη, a torque ratio of 5 is obtained. The torque that can thus be exerted on the button is greater the lower the coefficient of friction, and therefore the amplitude of the torque. vibration increases.
Le type de sensation simulée peut être choisi en faisant varier l'amplitude de la vibration comme cela est illustré par la figure 8. En augmentant ou diminuant l'amplitude de la vibration, on diminue ou on augmente les frottements respectivement. L'unité de contrôle modifie donc l'amplitude de vibration en fonction de la position du bouton suivant le motif haptique à reproduire. L'amplitude de vibration dépend de la norme du courant ou de la tension d'excitation alimentant le ou les actionneurs. The type of simulated sensation can be chosen by varying the amplitude of the vibration as shown in FIG. 8. By increasing or decreasing the amplitude of the vibration, the friction is decreased or increased respectively. The control unit therefore modifies the vibration amplitude according to the position of the button according to the haptic pattern to be reproduced. The amplitude of vibration depends on the standard of the current or the excitation voltage supplying the actuator (s).
En outre en modulant la fréquence spatiale de la vibration, i.e. en modifiant la variation de l'amplitude de la vibration en fonction du déplacement du bouton, il est possible de modifier la sensation ressentie par l'utilisateur. Par exemple, lorsque la modulation a une fréquence spatiale élevée inférieure au mm, on peut reproduire une sensation de texture, et lorsque la vibration a une fréquence spatiale faible, on peut reproduire des crans individuels.  In addition by modulating the spatial frequency of the vibration, i.e. by changing the variation of the amplitude of the vibration according to the displacement of the button, it is possible to modify the sensation felt by the user. For example, when the modulation has a high spatial frequency of less than 1 mm, a texture sensation can be reproduced, and when the vibration has a low spatial frequency, individual notches can be reproduced.
Sur la figure 4, on peut voir un autre exemple d'objet tangible 02 comportant un aimant 12 disposé par exemple dans le corps et la surface est en matériau ferromagnétique. Le résonateur a alors contraint contre la surface S sous l'effet de l'attraction entre l'aimant et la surface S. Cet objet 02 présente l'avantage de pouvoir utiliser une surface S qui ne soit pas horizontale, elle peut être inclinée voire verticale, l'objet 02 restant solidaire de la surface S. il peut être envisagé que la surface S soit mobile. Avantageusement l'aimant pourrait être détecté par des moyens magnétiques pour détecter la présence et/ou position de l'objet.  In FIG. 4, another example of a tangible object O 2 comprising a magnet 12 placed for example in the body and the surface is made of ferromagnetic material. The resonator then forces against the surface S under the effect of the attraction between the magnet and the surface S. This object 02 has the advantage of being able to use a surface S which is not horizontal, it can be inclined or vertically, the object 02 remaining integral with the surface S. It can be envisaged that the surface S is movable. Advantageously, the magnet could be detected by magnetic means to detect the presence and / or position of the object.
Sur la figure 5, on peut voir un autre exemple de réalisation d'un objet tangible 03 selon l'invention comportant plusieurs résonateurs 9. Dans l'exemple représenté, ils sont au nombre de quatre mais ils pourraient être au nombre de deux, trois, et voire plus de quatre.  FIG. 5 shows another embodiment of a tangible object 03 according to the invention comprising several resonators 9. In the example represented, they are four in number but they could be two, three in number. , and even more than four.
Tous les actionneurs des résonateurs peuvent être activés simultanément et l'objet tangible fonctionne alors comme l'objet 01.  All the actuators of the resonators can be activated simultaneously and the tangible object then functions as the object 01.
On peut envisager d'actionner différemment les différents actionneurs, par exemple pour favoriser la rotation de l'objet 03 autour de l'un des résonateurs qui forme alors un axe de rotation.  It is conceivable to actuate the different actuators differently, for example to promote the rotation of the object 03 around one of the resonators which then forms an axis of rotation.
De manière très avantageuse, dans le cas où les pastilles forment avec la surface des condensateurs, la mise en œuvre de plusieurs pastilles permet de détecter l'orientation et la position de l'objet en détectant la position de chacune des pastilles à l'aide d'un système de détection capacitif. La disposition des résonateurs peut être quelconque. Very advantageously, in the case where the pellets form capacitors with the surface, the implementation of several pellets makes it possible to detect the orientation and the position of the object by detecting the position of each of the pellets. using a capacitive sensing system. The arrangement of the resonators can be any.
Sur les figures 6A à 6E, on peut voir un autre exemple de réalisation d'un objet tangible 04 comportant des moyens 14 assurant le déplacement de l'objet tangible 04.  FIGS. 6A to 6E show another embodiment of a tangible object 04 comprising means 14 for moving the tangible object 04.
Dans l'exemple représenté, les moyens 14 comporte un vibreur excentrique fixé sur une extrémité distale du corps. Il comporte un moteur électrique 16 et une masselotte excentrée 18 entraînée en rotation autour d'un axe horizontal y. la masselotte 18 est par exemple en prise directe avec l'axe du moteur 16. Le moteur 16 peut être alimenté par la même source d'alimentation que l'actionneur ou par une source d'alimentation différente.  In the example shown, the means 14 comprises an eccentric vibrator fixed on a distal end of the body. It comprises an electric motor 16 and an eccentric flyweight 18 driven in rotation about a horizontal axis y. the flyweight 18 is for example in direct contact with the axis of the motor 16. The motor 16 may be powered by the same power source as the actuator or by a different power source.
L'axe y est destiné à être disposé perpendiculairement à la direction de déplacement de l'objet.  The axis y is intended to be arranged perpendicular to the direction of movement of the object.
L'unité de contrôle est telle qu'elle synchronise la génération d'une lubrification et la position de la masselotte. On peut décomposer le déplacement en rotation de la masselotte en deux phases : une phase descendante I et une phase ascendante II repérées sur la figure 4.  The control unit is such that it synchronizes the generation of a lubrication and the position of the weight. The rotational displacement of the flyweight can be decomposed into two phases: a downward phase I and an ascending phase II identified in FIG.
De préférence, le moteur et la masselotte sont recouverts d'un capot permettant à un utilisateur de saisir l'objet.  Preferably, the motor and the flyweight are covered with a hood allowing a user to grasp the object.
Le fonctionnement de l'objet 04 va maintenant être décrit.  The operation of object 04 will now be described.
Le moteur 16 fonctionne en permanence, entraînant la masselotte en rotation autour de l'axe y.  The motor 16 operates continuously, causing the flyweight to rotate about the y axis.
L'actionneur n'est pas activé. Lorsque la masselotte est dans la phase I, elle tend à déplacer l'objet vers la droite dans la représentation des figures 6A à 6E et lorsque la masselotte est dans la phase II, elle tend à le déplacer vers la gauche.  The actuator is not activated. When the weight is in phase I, it tends to move the object to the right in the representation of Figures 6A to 6E and when the weight is in phase II, it tends to move to the left.
Tant qu'aucune lubrification n'est générée ou si une lubrification permanente et constante est générée, l'objet 04 ne se déplace pas sur un tour complet de la masselotte.  As long as no lubrication is generated or if permanent and constant lubrication is generated, the object 04 does not move on a complete revolution of the weight.
La génération d'une lubrification est schématisée par le trait ondulé désigné L. Si l'activation de l'actionneur est synchronisé par exemple avec un demi- cycle du moteur, i.e. avec l'une des phases de déplacement I ou II de la masselotte, on favorise le déplacement de l'objet dans un sens ou dans l'autre. Par exemple, en générant une lubrification pendant la phase I uniquement l'objet se déplacera vers la droite (Figure 6A et 6B) et en interrompant cette lubrification pendant la phase II (figure 6C et 6D), l'objet se déplacera vers la gauche mais d'une amplitude beaucoup plus faible que celle de son déplacement vers la gauche. En synchronisant la génération de la lubrification avec la phase I de la masselotte, on crée un effet d'entraînement asymétrique et un déplacement net de l'objet vers la droite (figure 6E). The generation of a lubrication is shown schematically by the wavy line designated L. If the activation of the actuator is synchronized for example with a half cycle of the motor, ie with one of the phases of displacement I or II of the weight, one favors the displacement of the object in one direction or in the 'other. For example, by generating lubrication during phase I only the object will move to the right (Figure 6A and 6B) and interrupting this lubrication during phase II (Figure 6C and 6D), the object will move to the left but of a much smaller amplitude than that of its displacement to the left. By synchronizing the generation of the lubrication with the phase I of the weight, one creates an asymmetrical drive effect and a net movement of the object to the right (Figure 6E).
L'actionneur peut être synchronisé avec le moteur sur moins d'un demi- cycle, par exemple un quart de cycle. Le choix de la synchronisation permet de fixer le sens de déplacement et la vitesse de déplacement.  The actuator can be synchronized with the motor for less than half a cycle, for example a quarter cycle. The choice of the synchronization makes it possible to fix the direction of movement and the speed of displacement.
Par ailleurs, en modulant l'amplitude des vibrations, on peut également faire varier la vitesse de déplacement de l'objet.  Moreover, by modulating the amplitude of the vibrations, it is also possible to vary the speed of movement of the object.
L'utilisateur qui manipule l'objet peut alors ressentir un déplacement de l'objet, par exemple signalant que l'objet n'est pas à sa place sur la surface. Ce système peut également être utilisé pour repositionner les objets de manière autonome sur la surface, sans que l'utilisateur ne touche l'objet, par exemple déplacer un bouton glissière ou rotatif. Avantageusement, un moteur dont l'axe de rotation est normal au plan de translation peut permettre de déplacer l'objet en translation dans les deux directions de l'espace. L'objet 04 fonctionne sinon de manière similaire à l'objet 01.  The user who manipulates the object can then feel a displacement of the object, for example signaling that the object is not in its place on the surface. This system can also be used to reposition the objects autonomously on the surface, without the user touching the object, for example moving a slide or rotary button. Advantageously, a motor whose axis of rotation is normal to the translation plane may allow the object to be displaced in translation in both directions of space. Object 04 otherwise works in a similar way to object 01.
Selon un autre exemple de réalisation, la masselotte se déplace en translation.  According to another embodiment, the flyweight moves in translation.
Selon d'autres exemples de réalisation, l'objet tangible peut être déplacé par des moyens extérieurs à l'objet tangible, par exemple par des moyens magnétiques, par l'envoi d'air sous pression et/ou par orientation de la surface S.  According to other exemplary embodiments, the tangible object may be displaced by means external to the tangible object, for example by magnetic means, by the sending of air under pressure and / or by orientation of the surface S .
Sur la figure 7, on peut voir un autre exemple d'un objet tangible selon l'invention dans lequel l'élément mécanique 111 est tel que le contact entre l'objet tangible et la surface S est une arête, de forme circulaire dans l'exemple représenté. De manière plus générale, le contact entre l'objet tangible et la surface S peut être un contact linéique, voire ponctuel en mettant en œuvre des pieds, avantageusement trois, de forme pyramidale ou conique. In FIG. 7, another example of a tangible object according to the invention can be seen in which the mechanical element 111 is such that the contact between the tangible object and the surface S is an edge, of circular shape in the example shown. More generally, the contact between the tangible object and the surface S may be a linear contact, even punctual by implementing feet, preferably three, of pyramidal or conical shape.
L'élément mécanique 111 a la forme d'un anneau de section transversale triangulaire, l'un des sommets 111.1 du triangle étant en contact avec la surface S, l'élément piézoélectrique 110 a la forme d'un anneau en contact avec une face 111.2 du triangle opposé au sommet. D'autres formes sont envisageables, par exemple dans le cas d'objets destinés à se déplacer en translation.  The mechanical element 111 has the shape of a ring of triangular cross section, one of the peaks 111.1 of the triangle being in contact with the surface S, the piezoelectric element 110 has the shape of a ring in contact with a face 111.2 of the triangle opposite the summit. Other forms are conceivable, for example in the case of objects intended to move in translation.
Comme cela a été indiqué ci-dessus, la surface S peut être une surface en trois dimensions, les moyens de détection de la position étant adaptés à une telle géométrie. L'objet 02 comportant un aimant est particulièrement adapté à l'utilisation avec une surface tridimensionnelle.  As indicated above, the surface S may be a three-dimensional surface, the position detection means being adapted to such a geometry. The object 02 comprising a magnet is particularly suitable for use with a three-dimensional surface.
La présente invention permet donc de réaliser des objets tangibles sur des surfaces, par exemple des surfaces tactiles de moyenne ou grande taille d'une diagonale en général supérieure à 25 cm et inférieure à 2 m. Elle permet de réaliser des interfaces à retour multidirectionnel, i.e. en rotation et/ou en translation, par exemple pour des applications dans différents domaines techniques tels que l'automobile, l'aéronautique. L'invention peut également être mise en œuvre dans le domaine médical, par exemple pour la rééducation.  The present invention therefore makes it possible to produce tangible objects on surfaces, for example tactile surfaces of medium or large size of a diagonal generally greater than 25 cm and less than 2 m. It makes it possible to provide multi-directional return interfaces, i.e. in rotation and / or in translation, for example for applications in various technical fields such as the automobile, aeronautics. The invention can also be implemented in the medical field, for example for rehabilitation.
Plusieurs objets tangibles peuvent être déplacés/manipulés en même temps, par exemple deux objets, chacun dans une main d'un utilisateur sur une même surface et leurs actionneurs peuvent être activés différemment délivrant des sensations haptiques différentes.  Several tangible objects can be moved / manipulated at the same time, for example two objects, each in a hand of a user on the same surface and their actuators can be activated differently delivering different haptic sensations.

Claims

REVENDICATIONS
1. Objet tangible destiné à coopérer avec un surface (S), comportant un corps (2) muni d'une première extrémité d'interaction avec l'utilisateur et une deuxième extrémité comportant moins un résonateur (9) destiné à venir en contact avec ladite surface (S), ledit résonateur (9) comportant un matériau (10) apte à mettre en vibration le résonateur (9) lorsqu'il est excité, ledit objet étant destiné à être commandé par une unité de contrôle telle qu'elle alimente le matériau (10) apte à mettre en vibration le résonateur selon au moins un motif haptique et à générer une lubrification entre l'objet et ladite surface. A tangible object intended to cooperate with a surface (S), comprising a body (2) provided with a first end of interaction with the user and a second end comprising a resonator (9) intended to come into contact with said surface (S), said resonator (9) comprising a material (10) able to vibrate the resonator (9) when it is excited, said object being intended to be controlled by a control unit such that it feeds the material (10) adapted to vibrate the resonator in at least one haptic pattern and to generate lubrication between the object and said surface.
2. Objet tangible selon la revendication 1, dans lequel le matériau apte à mettre en vibration le résonateur est un matériau piézoélectrique (10). 2. tangible object according to claim 1, wherein the material capable of vibrating the resonator is a piezoelectric material (10).
3. Objet tangible selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le résonateur (9) comporte un élément solidaire du matériau apte à mettre en vibration le résonateur, ledit élément étant destiné à venir en contact avec ladite surface. 3. tangible object according to claim 1 or 2, wherein the resonator (9) comprises an integral member of the material adapted to vibrate the resonator, said member being intended to come into contact with said surface.
4. Objet tangible selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le résonateur est destiné à venir en contact avec la surface par un contact plan. 4. tangible object according to one of claims 1 to 3, wherein the resonator is intended to come into contact with the surface by a plane contact.
5. Objet tangible selon l'une des revendications 1 à 4, comportant des moyens de déplacement (14) de l'objet par rapport à la surface (S). 5. tangible object according to one of claims 1 to 4, comprising moving means (14) of the object relative to the surface (S).
6. Objet tangible selon la revendication 5, dans lequel les moyens de déplacement (14) comportent un moteur électrique (16) et une masselotte (18) excentrée mobile en rotation sous l'action du moteur électrique (16), et dans lequel l'unité de contrôle (U) synchronise la rotation de la masselotte (18) et la mise en vibration du résonateur (9). 6. tangible object according to claim 5, wherein the displacement means (14) comprise an electric motor (16) and an eccentric flyweight (18) rotatable under the action of the electric motor (16), and wherein l control unit (U) synchronizes the rotation of the weight (18) and the vibration of the resonator (9).
7. Objet tangible selon l'une des revendications 1 à 6, comportant un aimant (12) destiné à coopérer avec une partie ferromagnétique de la surface. 7. tangible object according to one of claims 1 to 6, comprising a magnet (12) for cooperating with a ferromagnetic portion of the surface.
8. Objet tangible selon l'une des revendications 1 à 7, comportant plusieurs résonateurs (9) et dans lequel l'unité de contrôle (U) est apte à mettre en vibration chaque résonateur (9) indépendamment les uns des autres. 8. tangible object according to one of claims 1 to 7, comprising a plurality of resonators (9) and wherein the control unit (U) is adapted to vibrate each resonator (9) independently of each other.
9. Objet tangible selon l'une des revendications 1 à 8, comportant une alimentation électrique embarquée. 9. tangible object according to one of claims 1 to 8, comprising an onboard power supply.
10. Objet tangible selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le matériau apte à mettre en vibration le résonateur (10) est excité de sorte que le résonateur (9) vibre à au moins une fréquence de résonance telle que la fréquence de résonance génère dans le résonateur (9) un mode de vibration dans le plan. 10. tangible object according to one of claims 1 to 9, wherein the material capable of vibrating the resonator (10) is excited so that the resonator (9) vibrates at at least one resonant frequency such as the frequency of resonance generates in the resonator (9) a mode of vibration in the plane.
11. Objet tangible selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel l'unité de contrôle alimente le matériau apte à mettre en vibration le résonateur (10) à au moins une fréquence de résonance du résonateur (9) dans le domaine ultrasonique. 11. tangible object according to one of claims 1 to 10, wherein the control unit supplies the material capable of vibrating the resonator (10) at at least one resonance frequency of the resonator (9) in the ultrasonic field .
12. Système haptique comportant au moins une surface (S), au moins un objet tangible selon l'une des revendications 1 à 11, des moyens de détection de la position (20) de l'objet tangible sur la surface et une unité de contrôle dudit objet. 12. A haptic system comprising at least one surface (S), at least one tangible object according to one of claims 1 to 11, means for detecting the position (20) of the tangible object on the surface and a unit of control of said object.
13. Système selon la revendication 12, comportant également des moyens de détection de la présence de l'objet à un emplacement donné sur la surface. 13. The system of claim 12, further comprising means for detecting the presence of the object at a given location on the surface.
14. Système haptique selon la revendication 12 ou 13, dans lequel les moyens de détection de la position (20) de l'objet tangible sont des moyens capacitifs, le matériau (10) apte à mettre en vibration le résonateur (9) formant avec au moins une partie de la surface un condensateur. 14. haptic system according to claim 12 or 13, wherein the means for detecting the position (20) of the tangible object are capacitive means, the material (10) adapted to vibrate the resonator (9) forming with at least a portion of the surface a capacitor.
15. Système haptique selon la revendication 14, l'objet tangible comportant plusieurs résonateurs (9), l'élément (10) apte à mettre en vibration le résonateur (9) formant avec au moins une partie de la surface un condensateur. 15. The haptic system according to claim 14, the tangible object comprising several resonators (9), the element (10) adapted to vibrate the resonator (9) forming with at least a portion of the surface a capacitor.
16. Système haptique selon la revendication 15, dans lequel l'unité de contrôle (U) utilise les variations de capacités pour déterminer l'orientation de l'objet. 16. A haptic system according to claim 15, wherein the control unit (U) uses the capacitance variations to determine the orientation of the object.
17. Système haptique selon l'une des revendications 12 à 16, comportant un capteur de détection de l'intention de l'utilisateur. 17. haptic system according to one of claims 12 to 16, comprising a sensor for detecting the intention of the user.
18 Système haptique selon l'une des revendications 12 à 17, comportant des moyens d'alimentation électrique de l'objet tangible, par voie filaire ou par induction. 18 haptic system according to one of claims 12 to 17, comprising means for supplying the tangible object, wire or induction.
19. Système haptique selon l'une des revendications 12 à 18, l'objet tangible comportant au moins un aimant (12), dans lequel la surface (S) est au moins en partie ferromagnétique. 19. haptic system according to one of claims 12 to 18, the tangible object comprising at least one magnet (12), wherein the surface (S) is at least partly ferromagnetic.
20. Système haptique selon l'une des revendications 12 à 19, dans lequel l'unité de contrôle (U) commande l'émission d'un signal, par exemple un affichage du signal sur la surface (S), lorsque l'objet tangible est dans une position donnée sur la surface. 20. haptic system according to one of claims 12 to 19, wherein the control unit (U) controls the emission of a signal, for example a display of the signal on the surface (S), when the object tangible is in a given position on the surface.
21. Système haptique selon l'une des revendications 12 à 20, dans lequel la surface (S) est un écran d'affichage. 21. haptic system according to one of claims 12 to 20, wherein the surface (S) is a display screen.
22. Système haptique selon l'une des revendications 12 à 21, comportant des moyens de déplacement de l'objet tangible, distincts de l'objet tangible. 22. haptic system according to one of claims 12 to 21, comprising moving means of the tangible object, distinct from the tangible object.
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